应用于超宽频之天线制造技术

本发明专利技术揭露一种应用于超宽频之天线，包含传送接收通讯信号的辐射元件。一负载件及馈入件可与辐射元件连接且馈入件于负载件隔开。辐射元件为具有两连接至负载件及馈入件的自由端的平面环圈。负载件具有两末梢端子，其中之一与两自由端其中一端连接且另一个准备连接至接地和另一射元件其中之一。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般是关于天线，特别是关于应用于超宽频的平面天线。
技术介绍
超宽频(UWB)无线电系统将通讯信号传送并接收为调制脉冲 (modulated impulse)。调制脉冲的周期典型上非常短且大约为几分之一奈 秒。这允许调制脉冲具有极宽的频率范围，典型为数千兆赫兹(GHz)。因 此超宽频无线电系统的宽频率范围与传统窄频无线电系统明显不同。这 个超宽频无线电系统的特性需要独特的一套由特别对超宽频技术做基础 的通讯系统规管的机构执行的管理规章。管理规章限制超宽频无线电系 统的辐射功率标准及信号频谱以帮助对占据超宽频无线电系统频率频谱 一部分的传统窄频无线电系统的不必要干扰。其中一个规章，如美国联邦通讯委员会(FCC)所协议的，要求超宽 频无线电系统其辐射脉冲的排放量及频谱对覆盖3.1到10.6GHz频率范围 的10dB频宽具有低于-41.3dBm/MHz的有效等向辐射功率(effective isotropic radiated power, EIRP)。这规章定义了对所有超宽频无线电系统 的光谱限制遮蔽(spectral limit mask)。先前的研究显示超宽频无线电系统的发射及接收样式深受其天线特 征影响。因此，超宽频无线电系统的发射及接收样式典型是藉由适当地 设计天线特征来修改成符合FCC限制遮蔽上的发射规章。除了迎合限制遮蔽规章外，超宽频无线电系统的天线应被设计成满足许多需求。首先，超宽频无线电系统的频宽为尽量宽广且配合良好以 达到宽频能力并获得高系统效能。第二，超宽频无线电系统的运作功率 尽量低以获得高功率效能。第三，超宽频无线电系统具有线相转移反应(linearised phase transfer response)以提供最小信号失真。最后，超宽频无 线电系统以最大功率在理想方向产生辐射脉冲。有许多经由对超宽频无线电系统不同的天线设计来满足上述需求的 尝识。更值得注意的例子为横向电磁波(TEM)号角及自补(self-supplemental) 天线， 如螺旋形天线(spiral antenna)。两种型式的天线皆以 非常宽广且配合良好的频宽为特征。然而，两种型式的天线产生的脉冲 皆因其各自的相位中心中的频率相依改变而失真及分散。双锥(bi-conical)及碟锥型(disk-conical)天线失真较少并拥有相对稳 定的相位中心以达到宽广且配合良好的频宽。这是因为阻性负载(resistive loading)被使用来消除在此两种天线传送端发生的辐射脉冲的反射。然 而，此两种天线在尺寸上过于庞大且因此不适合小型可携式超宽频装 置。并有进一步对提供具宽频能力及符合对现存频带内(in-band)及频带 外(out-band)无线电系统非干扰需求的超宽频天线的尝试。美国专利第 6,437,756号中Schantz教导一种切口平面单极以取得具对驻波比(voltage standing wave ratio ， VSWR)小于2:1配合良好频宽的步页带切口特征。然 而，配合良好的频宽对超宽频应用而言不够宽广。在美国专利申请案2003/0090436 Al中，Schantz等人提出一种在单 极底部具短路棒的短路平面单极以縮小尺寸。然而，为了维持辐射效 能，短路棒及对单极的馈入件被远远隔开，因此使单极的横向尺寸巨 大。单极的频宽对超宽频应用亦不够宽广。在美国专利申请案2002/0122010中，McCorkle提出使用一种小型环状平面单极来得到宽广且配合良好的频宽。然而，环状平面单极没有表现出频带切口特征来满足不对现存频带内及频带外无线电系统干扰。因此需要有一种天线用于体积小的超宽频无线电系统且用以改善系 统效能并减少对现存无线电系统的干扰。
技术实现思路
本专利技术之实施揭露如后，用于小体积之超宽频应用，以改善系统效 能且减少对现存无线电系统的干扰。特别是有一电子负载件被定位在邻 靠馈入件处以提供具特定切口频带的频宽频谱。根据本专利技术其一目的，揭露一种应用于超宽频之天线，该天线包含传送接收通讯信号的辐射元件。 一负载件及馈入件可与辐射元件连接且馈入件与负载件相隔一预设距离。辐射元件为具有两自由端的平面环圈。负载件具有两末梢端子，两末梢端子其中之一连接至平面环圈两自 由端其中一端且负载件之另一末梢端子以及馈入件之另一端子则准备连接至接地和另一辐射元件其中之一。负载件的两末梢端子由一预设间隔 隔开。根据本专利技术之另一目的，揭露一种成形应用于超宽频之天线之方 法，该方法包含提供一具中央开口及两自由端的辐射元件之步骤。两自 由端可连接至一负载件及一馈入件，其中负载件及馈入件分别具一可连 接至接地和另一辐射元件其中之一的端子且辐射元件空间上在负载件及 馈入件之间延续不间断。附图说明本专利技术的个别实施通过附图由下面所描述，其中-图1A和1B分别为根据本专利技术实施具环形辐射元件的单极天线、偶极 天线之概视图2显示图1A之单极天线其阻抗匹配及传送性能特征；图3A和3B分别为根据本专利技术第二实施具方块形辐射元件的单极天 线、偶极天线之概视图4A和4B分别为根据本专利技术第三实施具半环形辐射元件的单极天 线、偶极天线之概视图。具体实施例方式参考附图，揭示一种根据本专利技术实施应用于超宽频(UWB)之小 体积天线，以改善系统效能并减少对现存无线电系统的干扰。在此之前己提出有多种设计超宽频天线的传统方法。这些传统方法 限制了系统效能的改善或减少对现存无线电系统的干扰。其他设计超宽 频天线的传统方法则建议需要大的天线体积。为求清楚扼要，本专利技术说明限制在超宽频应用内。然而这并非排除 本专利技术实施对其他需要运作性能类似超宽频应用的应用。本专利技术实施的 根本功能性原则对不同实施仍相同。在此提供的详细说明以及图1A到1B及图3A到4B提供的示意，相似 的元件视为相似的参照号数。在此详述本专利技术的实施，做为应用于超宽频的天线。图1A显示根据本专利技术第一实施应用于超宽频之天线(100)之几何形 状。天线(100)为具一辐射元件(102)的单极天线以传送及接收另一天线的 通讯信号，辐射元件(102)具有一中央开口。天线(100)优选为平面，并单 独制造在基板上，如印刷电路板(PCB)或积体电路(IC)晶片。通讯 信号包含具数千兆赫(GHz)频宽的脉冲讯号。辐射元件(102)为环状圈形状，其中环状圈为非密闭且具有至少两端 部(104、 106)。辐射元件(102)的中央开口优选为环形且与辐射元件(102) 同心。两实质上平行的自由端(108、 IIO)分别自环状圈的端部(104、 106)、辐射元件(102)的中央开口反向延伸。该两自由端(108、 IIO)自环状圈的端部(104、 106)的延伸范围与天线(100)的操作频率成反比。尤其， 愈大的延伸尺寸与天线(100)愈低的操作频率相应。两自由端(108、 110) 的延伸范围总和亦影响天线(100)的阻抗匹配(impedance matching)特征。端部(104、 106)与两自由端(108、 110)依第一预设距离g隔开并始终 维持在那里。已知在天线(100)装配期间控制体积的限制，第一预设距离g 可视对天线(100)阻抗匹配的既定需求变化。在本专利技术的第一实施中，第 一预设距离g优选为但不限制于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于超宽频之天线，包括：一辐射元件做为传送并接收通讯信号的；一负载件可与辐射元件连接，负载件具一第一端子及一实质上在第一端子远侧的第二端子；及一馈入件具一可与辐射元件连接的端子，馈入件与负载件由第一预设距离隔开，其中辐射元件为一具至少两自由端的平面环圈且负载件具第一及第二端子，负载件的第一及第二端子其中之一连接至平面环圈的两自由端其中之一且负载件的第一及第二端子中之另一个及与馈入件的另一端子则准备连接至接地或另一辐射元件其中一个，且负载件的两末梢端子由第二预设距离隔开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志宁，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]